측풍에 의해 철도차량에 작용하는 힘의 기여도 분석

초록

지구 온난화로 인해 철도 차량의 안정성에 영향을 미치는 돌풍의 수가 증가하고 있다. 돌풍이 불어오는 상태에서 달리고 있는 철도차량은 곡선부에서는 물론이고 직선부에서도 측풍에 의해 측방향의 힘 및 수직방향의 힘, 모멘트 등을 받게 되며, 이로 인하여 철도차량은 동적인 특성과 안전성에 상당한 영향을 받게 된다. 이 힘들은 차체의 진동과 열차의 탈선 또는 전복의 위험을 증가시키는데, 이 효과는 불규칙한 궤도에서 더 크게 나타난다. 본 연구에서는 이러한 현상을 상세히 검토하기 위해 풍동 시험을 수행하여 횡력, 양력, 롤 모멘트, 피치 모멘트 및 요 모멘트의 5 가지 방향 작용력에 대한 공기역학적 계수를 측정하였다. 이 때 실험의 편이성을 위하여 1/20 규모의 철도차량 모델을 제작하여 실험을 수행하였다. 수집된 데이터는 직선 선로를 따라 주행하는 실물 크기의 철도차량 모델에 외력으로 적용되었다. Multi-Body 시뮬레이션 소프트웨어 프로그램인 SIMPACK을 사용하여 철도 차량을 모델링한 후, 돌풍 속에서 선로를 따라 주행을 하는 철도차량의 동적 특성과 안전성에 시뮬레이션을 수행하였다.